Phát hiện trạng thái cách điện và phát hiện lỗi của thiết bị đóng cắt

Là thiết bị chủ chốt trong hệ thống cung cấp điện, thiết bị đóng cắt điện được sử dụng rộng rãi trong các mạng lưới truyền tải và phân phối với chức năng đóng cắt, điều khiển và bảo vệ các thiết bị điện. Độ tin cậy vận hành của nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cung cấp điện và hệ số an toàn của hệ thống cung cấp điện. Với sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế Trung Quốc, độ ổn định và độ tin cậy của hệ thống điện đã trở thành tiêu chuẩn quan trọng để đo lường quá trình hiện đại hóa và chất lượng cuộc sống ở các thành phố, đặt ra những thách thức mới đối với độ an toàn và độ tin cậy của các thiết bị điện như thiết bị đóng cắt điện. Cấu trúc cách điện bên trong của thiết bị đóng cắt rất đa dạng và môi trường hoạt động thực tế rất phức tạp (nhiệt độ cao, bụi, độ ẩm, v.v.). Ngoài ra, chất lượng sản xuất và lỗi quy trình có thể có những thay đổi bất lợi trong quá trình vận hành lâu dài, dẫn đến hiện tượng phóng điện cục bộ (PD) dưới tác động của điện trường. Sự phát triển hơn nữa của cục đã làm trầm trọng thêm tình trạng lão hóa cách điện, trong trường hợp nghiêm trọng có thể dẫn đến hỏng hóc thiết bị điện, ảnh hưởng đến hoạt động an toàn và ổn định của hệ thống cung cấp điện. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng lỗi vận hành do vấn đề cách điện là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự cố thiết bị đóng cắt.

Hiện nay, kiểm tra phóng điện cục bộ thiết bị điện là phương tiện quan trọng để đánh giá tình trạng cách điện của thiết bị đóng cắt, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo thiết bị đóng cắt vận hành an toàn, ổn định và được các công ty lưới điện đẩy mạnh. Theo các nguyên tắc kiểm tra và thu nhận tín hiệu khác nhau, thiết bị đóng cắt điện áp cao chủ yếu bao gồm: kiểm tra phóng điện cục bộ tần số siêu cao (UHF), kiểm tra cục bộ điện áp thoáng qua (TEV), kiểm tra phóng điện cục bộ siêu âm (AE) và kiểm tra chung các phần trên công nghệ. Với đề xuất chiến lược "Ba loại và hai mạng" của State Grid Corporation of China, hệ thống cung cấp điện tiếp tục phát triển theo hướng tự động hóa và thông minh. Việc kiểm tra và đánh giá tình trạng cách điện của thiết bị điện thông qua công nghệ cảm biến tiên tiến, công nghệ đo lường, công nghệ mạng và công nghệ truyền thông để phát hiện lỗi của thiết bị đóng cắt có ý nghĩa rất lớn.

Bài báo này trước tiên giới thiệu các vấn đề cách điện chính của thiết bị đóng cắt và các loại phóng điện cục bộ khác nhau, sau đó thảo luận về các công nghệ phát hiện phóng điện cục bộ khác nhau và mong đợi xu hướng phát triển của phát hiện trạng thái cách điện và phát hiện sự cố của thiết bị đóng cắt điện trong tình hình mới

1. Đánh giá tình trạng cách điện của thiết bị đóng cắt

Theo thống kê chưa đầy đủ, 37,2% lỗi thiết bị đóng cắt là do sự cố cách điện trong thiết bị đóng cắt, cho thấy lỗi cách điện trong thiết bị đóng cắt là nguyên nhân chính gây ra lỗi thiết bị đóng cắt. Trong quá trình vận hành thiết bị đóng cắt, thao tác sai của nhân viên, hành động của công tắc và sét đánh đều có thể gây ra điện áp quá mức. Hư hỏng cơ khí đối với thiết bị cách điện trong quá trình sản xuất, lắp đặt, vận hành và bảo dưỡng là nguyên nhân quan trọng dẫn đến hư hỏng cách điện. Trong hệ thống thoát nước của thiết bị đóng cắt, khi tiếp xúc mạch dẫn bị oxy hóa, lỏng tiếp xúc hoặc quá tải có thể dẫn đến tiếp xúc kém, điện trở mạch tăng, sự cố mang dòng, nhiệt độ tiếp xúc cao, nhiệt độ môi trường tăng dẫn đến nhiệt cách điện. sự lão hóa. Các yếu tố môi trường như ô nhiễm bụi và độ ẩm không khí cũng có thể dẫn đến lão hóa hóa học của môi trường cách điện, dẫn đến hỏng thiết bị đóng cắt. Do đó, các tác động kết hợp của ứng suất điện, ứng suất cơ học, lão hóa nhiệt và lão hóa hóa học là nguyên nhân chính gây ra những thay đổi bất lợi cho vật liệu cách nhiệt. Việc đánh giá tình trạng cách điện của các thiết bị đóng cắt là biện pháp kỹ thuật quan trọng để kịp thời bảo dưỡng, thay thế, ngăn ngừa sự cố cách điện. Việc đánh giá trạng thái cách điện của thiết bị đóng cắt chủ yếu lấy phóng điện cục bộ và môi trường vận hành (bao gồm nhiệt độ, áp suất không khí, độ ẩm, v.v.) làm mục tiêu phát hiện, phóng điện cục bộ là nguyên nhân chính dẫn đến các vấn đề về cách điện. Do đó, bài báo này tập trung vào phương pháp phát hiện phóng điện cục bộ của thiết bị đóng cắt.

Thời gian ủ lỗi cách điện có thể dẫn đến hiện tượng phóng điện. Có bốn loại thiết bị đóng cắt chính: phóng điện bên trong do các khuyết tật bên trong môi trường cách điện, chẳng hạn như mật độ từ tính và tạp chất được đưa vào môi trường cách điện; Phóng điện hồ quang đầu gây ra bởi các gờ trên bề mặt kim loại tiếp xúc với không khí; Phóng điện dọc theo đường dây do các chất ô nhiễm trên bề mặt môi trường cách điện gây ra; Lỗi thiết kế kết cấu do lỗi kết cấu trong quá trình vận hành, phóng điện tiềm ẩn nổi do vận chuyển và tiếp xúc kém. Sơ đồ của các loại phóng điện khác nhau được thể hiện trong Hình 1. Phổ của các loại phân tích pha phóng điện cục bộ (PRPD) khác nhau được thể hiện trong Hình 2. Phổ PRPD của các loại phóng điện khác nhau có các đặc điểm khác nhau và có thể được sử dụng như một chỉ số quan trọng. cơ sở để nhận dạng mẫu dựa trên sự khác biệt về giá trị biên độ và pha phóng điện.

Các hiện tượng rõ ràng và trực tiếp cục bộ dẫn đến sự chuyển động của các điện tích giữa các điện cực. Các biểu hiện chính là: ① thay đổi hạt tích điện tại vị trí phóng điện. Trong trường hợp phóng điện cục bộ, các hạt tích điện sẽ nhanh chóng chuyển từ vật tích điện sang vật không tích điện (chẳng hạn như thiết bị đóng cắt) và tạo ra dòng điện tần số cao trên vật không tích điện. ② Phát tín hiệu sóng điện từ tần số cao. Theo lý thuyết trường điện từ của Maxwell, phóng điện cục bộ sẽ tạo ra điện trường thay đổi và điện trường thay đổi sẽ kích thích từ trường, do đó điện trường và từ trường xen kẽ sẽ kích thích lẫn nhau và truyền ra bên ngoài để tạo ra sóng điện từ. Trong một khoảng thời gian ngắn, xung phóng điện sẽ tạo ra sóng điện từ tần số cao và tỏa ra bên ngoài. Dựa trên hai nguyên tắc trên, sự xuất hiện phóng điện cục bộ phải đi kèm với việc tạo ra dòng điện và sóng điện từ. Trên thực tế, phóng điện cục bộ đi kèm với siêu âm, các sản phẩm khí, ánh sáng và nhiệt. Theo những thay đổi vật lý liên quan đến phóng điện cục bộ, các phương pháp phát hiện có thể được chia thành phương pháp đo điện và phương pháp đo phi điện.

Phát hiện trạng thái cách điện và phát hiện lỗi của thiết bị đóng cắt nguồn được chia thành phát hiện ngoại tuyến và phát hiện trực tiếp theo trạng thái phát hiện. Phát hiện ngoại tuyến có ưu điểm là nhiễu nền thấp, nhưng do nhu cầu bảo trì mất điện, chi phí cao và thời gian tiêu thụ lâu nên dần dần được thay thế bằng phát hiện trực tiếp. Phát hiện trực tiếp có thể được chia thành phát hiện thường xuyên và giám sát trực tuyến. Kiểm tra định kỳ dựa vào các thiết bị để kiểm tra tình trạng hoạt động của thiết bị điện trong quá trình vận hành, nhằm phát hiện các lỗi tiềm ẩn trong quá trình vận hành thiết bị. Giám sát trực tuyến thường liên quan đến việc đặt các cảm biến của thiết bị giám sát bên trong hoặc trên bề mặt của thiết bị được kiểm tra trong một thời gian dài để theo dõi trạng thái hoạt động của thiết bị trong thời gian thực. Thử nghiệm thường xuyên và giám sát trực tuyến có ưu điểm là cung cấp điện liên tục cho thiết bị được thử nghiệm và điều kiện phát hiện hoàn toàn phù hợp với điều kiện vận hành. Giám sát trực tuyến có khả năng giám sát và phân tích trạng thái cách điện hiện tại của thiết bị đóng cắt trong thời gian thực, bao gồm khả năng xác định các dấu hiệu lỗi sớm và dự đoán chúng, đồng thời đưa ra phản hồi và độ chính xác cao hơn đối với nhiễu đã xảy ra. Nó đã trở thành hướng phát triển của phát hiện trạng thái hiện tại và phát hiện lỗi.

2. công nghệ phát hiện phóng điện cục bộ

Phương pháp phát hiện phóng điện cục bộ dựa trên các thay đổi vật lý khác nhau được hình thành do phóng điện cục bộ và cường độ phóng điện cục bộ được thể hiện bằng cách đo các đại lượng vật lý được hình thành bởi các hiện tượng khác nhau. Các phương pháp phát hiện trạng thái cách điện của thiết bị đóng cắt chủ yếu bao gồm phương pháp phát hiện tần số cực cao (UHF), phương pháp phát hiện điện áp thoáng qua (TEV), phương pháp phát hiện siêu âm (AE), phương pháp phát hiện tia hồng ngoại và phương pháp phát hiện hóa chất. Trong số đó, tần số siêu cao. Phương pháp phát hiện (UHF), phương pháp phát hiện điện áp thoáng qua (TEV) và phương pháp phát hiện siêu âm (AE) chủ yếu được sử dụng để phát hiện phóng điện cục bộ trong thiết bị đóng cắt.

2.1 Phương pháp phát hiện tần số siêu cao (UHF)

Phương pháp phát hiện tần số siêu cao (UHF) là phương pháp phát hiện để thu thập, phân tích và đánh giá tín hiệu sóng điện từ cục bộ có tần số 500 ~ 1500mHz [5]. Sóng điện từ UHF nhận bức xạ thông qua cảm biến UHF (còn gọi là bộ ghép nối), có thể chuyển đổi tín hiệu sóng điện từ thành tín hiệu điện áp để nhận biết phát hiện phóng điện cục bộ. Cảm biến UHF được chia thành cảm biến tích hợp và cảm biến bên ngoài. Phương pháp phát hiện UHF có đặc điểm là tần số tín hiệu phát hiện cao và ít tín hiệu nhiễu bên ngoài, có thể cải thiện đáng kể khả năng phát hiện phóng điện cục bộ của thiết bị điện. Đặc biệt với sự phát triển của giám sát trực tuyến, UHF có khả năng chống nhiễu tốt, độ tin cậy và độ nhạy. Phát hiện phóng điện cục bộ của phương pháp phát hiện UHF được thể hiện trong Hình 3. Nghiên cứu từ nhiều quốc gia khác nhau đã chỉ ra rằng phương pháp tần số cực cao có triển vọng tốt trong việc giám sát trực tuyến thiết bị đóng cắt điện áp cao.

2.2 Phương pháp kiểm tra siêu âm (AE)

Siêu âm, giống như sóng âm thanh, là hình thức lan truyền dao động cơ học của các vật thể. Phóng điện cục bộ là quá trình giải phóng hoặc truyền điện tích nhanh chóng. Khi xảy ra hiện tượng phóng điện cục bộ, ứng suất điện trường cục bộ, ứng suất cơ học và lực hạt không cân bằng, sau đó tín hiệu siêu âm được tạo ra. Tín hiệu siêu âm thường đi kèm với sóng siêu âm có tần số cao hơn 20kHz, lan truyền ra môi trường xung quanh thông qua các phương tiện khác nhau. Cảm biến siêu âm được lắp đặt bên trong tủ và chủ yếu bị ảnh hưởng bởi tín hiệu rung và tiếng ồn môi trường. Cảm biến siêu âm được lắp đặt trên bề mặt của thiết bị đóng cắt có độ ồn thấp, nhưng sự suy giảm của sóng siêu âm khi chúng truyền qua các kim loại là đáng kể. Do đó, tín hiệu siêu âm chủ yếu được truyền qua khe hở giữa vỏ thiết bị đóng cắt. Hiệu quả kiểm tra của cảm biến siêu âm được lắp đặt trong khoảng trống giữa các thiết bị đóng cắt là tốt. Cảm biến siêu âm sử dụng các tinh thể áp điện làm thành phần chuyển đổi điện âm để chuyển đổi tín hiệu siêu âm thành tín hiệu điện. Sau khi khuếch đại thêm và xử lý tín hiệu, chúng được truyền đến hệ thống thu thập để phân tích, đạt được mục đích đưa vào văn phòng kiểm tra. Một cảm biến siêu âm không tiếp xúc bên ngoài điển hình được phát triển và sản xuất bởi một công ty thiết bị điện nhất định ở Thiên Tân, như trong Hình 4, áp dụng thiết kế tự hấp phụ, dễ lắp đặt trong khoảng trống giữa vỏ thiết bị đóng cắt và không ảnh hưởng đến hoạt động và kết cấu của thiết bị đóng cắt ban đầu. Tần số trung tâm là 40kHz và đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống giám sát trực tuyến cục bộ của thiết bị đóng cắt nguồn.

2.3 Phương pháp phát hiện sóng đất (TEV)

Lý thuyết điện áp đất thoáng qua (TEV) được đề xuất bởi Tiến sĩ John Reves vào năm 1974. Là một phương pháp phát hiện phóng điện cục bộ cổ điển cho thiết bị đóng cắt, phương pháp phát hiện TEV đã được phát triển và hỗ trợ. Theo thuyết Maxwell, khi sóng điện từ lan truyền trong không gian và gặp một vật dẫn thì vật dẫn đó sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng có cùng tần số với tần số của sóng điện từ kích thích nó. Sóng điện từ do xung phóng điện cục bộ tạo ra thường có hàng nghìn HZ đến hàng chục megahertz, do đó, sóng điện từ bên trong tủ công tắc được truyền đến bề mặt bên trong của tủ công tắc và dòng điện xung ngắn được tạo ra trên bề mặt kim loại gần nơi phóng điện điểm. Bị ảnh hưởng bởi "hiệu ứng da", dòng xung đầu tiên lan truyền trong lớp bên trong của tấm chắn kim loại. Nếu lớp vỏ kim loại tiếp tục che chắn, nó sẽ không thể phát hiện các tín hiệu bên ngoài. Tuy nhiên, trên thực tế, sẽ có những khoảng trống không liên tục trong miếng đệm cách điện, khớp hộp, đầu cực và các vị trí khác của vỏ kim loại thiết bị đóng cắt. Các tín hiệu dòng xung tần số cao có thể được truyền tới bề mặt của thiết bị đóng cắt thông qua các khoảng trống này, tạo ra điện áp tạm thời, được gọi là điện áp nối đất tạm thời (TEV), Tín hiệu này có thể được đo trên bề mặt của tủ công tắc thông qua một cảm biến điện dung khớp nối đặc biệt và có thể đánh giá rằng không có phóng điện cục bộ và cường độ phóng điện trong tủ công tắc thông qua tín hiệu này. Các nguyên tắc kiểm tra của phương pháp siêu âm và TEV được thể hiện trong Hình 5.

Xem xét cấu trúc của thiết bị đóng cắt và vai trò của môi trường nơi lắp đặt, cũng như thử nghiệm tại chỗ do nhân viên thử nghiệm tiến hành, người ta thấy rằng tình trạng cách điện của thiết bị đóng cắt điện ở tình trạng tốt. Phương pháp phát hiện âm thanh và điện kết hợp có thể phản ánh trạng thái làm việc tốt hơn. Công nghệ và sản phẩm phát hiện phóng điện cục bộ của EATechnology đã được áp dụng cho các công ty cung cấp điện và xí nghiệp điện ở hơn 40 quốc gia trên thế giới, dẫn đầu trong việc tạo ra công nghệ phát hiện phóng điện cục bộ cho thiết bị đóng cắt TEV, đồng thời sản xuất và phát triển thiết bị đóng cắt đa chức năng. máy dò phóng điện cục bộ cầm tay UltraTEVPlus (UTP1), là công cụ định lượng cầm tay để kiểm tra phóng điện cục bộ hàng ngày.

Ở Trung Quốc, mặc dù các nghiên cứu liên quan bắt đầu tương đối muộn nhưng vẫn đạt được những tiến bộ đáng kể. Hiện tại, các sản phẩm phát hiện phóng điện cục bộ tương tự như PEV-100 của Công ty TNHH Công nghệ Thiết bị Điện Thiên Tân Xuezi cũng xuất hiện. Đây là thiết bị phát hiện phóng điện cục bộ cầm tay dựa trên siêu âm và TEV, tích hợp -tiếp xúc với cảm biến siêu âm và cảm biến TEV để phát hiện trạng thái cách điện trong tủ công tắc, hiển thị biên độ, tần số, chỉ số mức độ nghiêm trọng và các thông số khác của phóng điện cục bộ, đồng thời có chức năng và thông tin cảnh báo lỗi

VÍ DỤ ẢNH SẢN PHẨM

Sản phẩm này thường được tùy chỉnh.
Chúng tôi là nhà sản xuất và có bộ phận kỹ thuật chuyên nghiệp có thể thiết kế và cung cấp các giải pháp theo nhu cầu của khách hàng.
Vui lòng liên hệ với nhân viên bán hàng của chúng tôi để có được bản vẽ thiết kế

Dưới đây là ví dụ khách hàng của chúng tôi để bạn tham khảo

NẾU CẦN THÊM CHI TIẾT, XIN VUI LÒNG LIÊN HỆ VỚI CHÚNG TÔI